La cogenerazione: bilancio energetico ed economico

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Uberto Cavalli
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1 Facoltà ltàdii Ingegneria La cogenerazione: bilancio energetico ed economico Ing. Gabriele Comodi

2 La cogenerazione La norma UNI 8887:1987, Sistemi i per processi di cogenerazione. Definizioni ii ie classificazione., stabilisce: Si definisce i processo di cogenerazione l insiemei delle operazioni i volte alla produzione combinata di energia meccanica/elettrica e calore, entrambi considerati effetti utili, partendo da una qualsivoglia sorgente di energia. Il processo di cogenerazione deve realizzare un più razionale uso dell energia energia primaria rispetto a processi che producono separatamente le due forme di energia. La produzione di energia meccanica/elettrica e calore deve avvenire in modo sostanzialmente interconnesso in cascata..

entrambi considerati effetti utili, partendo da una qualsivoglia sorgente di energia.

3 Schema di impianto cogenerativo con gruppo turbogas Combustibile Aria Sezione termica CC Fumi Caldaia C T G Gruppo turbogas Ritorno fluido termovettore Mandata fluido termovettore Sezione elettrica termica elettrica

G Gruppo turbogas Ritorno fluido termovettore Mandata

4 Sistema tradizionale di produzione separata di energia elettrica e termica CENTRALE RETE ELETTRICA 42 TERMOELETTRICA UTENZA ELETTRICA 55 3 Perdite di trasformazione Perdite di trasmissione CENTRALE UTENZA TERMICA TERMICA 7 Perdite di trasformazione

ELETTRICA 55 3 Perdite di trasformazione Perdite di trasmissione

5 Impianto cogenerativo 120 CENTRALE COGENERATIVA 42 UTENZA ELETTRICAETTRICA 60 UTENZA TERMICA 18 Perdite di trasformazione

6 Confronto energetico tra il sistema tradizionale e l impianto cogenerativo Sistema tradizionale Impianto cogenerativo persa elettrica persa elettrica 60 termica termica 60 Totale energia primaria consumata: 167 Totale energia primaria consumata: 120 Risparmio di energia primaria conseguibile: 47

elettrica 60 termica termica 60 Totale energia primaria consumata: 167

7 I principali indici energetici di riferimento per la cogenerazione Rendimento elettrico e = Pe m& H Rendimento termico c Pt t = m & c H i Rendimento totale P + P e t tot = = e + m & c H i i t P e P t m& H i c Potenza elettrica Potenza termica Portata del combustibile Potere calorifico inferiore del combustibile

P + P e t tot = = e + m & c H i i t P e P t m& H i c Potenza elettrica

8 I principali indici energetici di riferimento per la cogenerazione Indice elettrico P e Potenza elettrica I = e P P t Potenza termica e P t e Rendimento elettrico Indice di Risparmio Energetico IRE = e t e, rif t, rif t e,rif t,rif Rendimento termico Rendimento elettrico di riferimento Rendimento termico di riferimento

elettrico Indice di Risparmio Energetico IRE = 1 1 + e t e, rif t, rif t e,rif

9 Influenza della scelta dei rendimenti di riferimento i sulla valutazione dell IRE t 0,1 1,00 0 0,90-0,1 0,80-0, ,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 Realizzazione di un impianto cogenerativo in alternativa alla produzione di energia termica e all acquisto di energia elettrica 0,2 0,3 0,4 IRE tot = 1 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 e = 0,35 t = 050 0,50 erif e,rif =0,42 t,rif =0,90 Rendimenti dell impianto cogenerativo Rendimenti della tecnologia tradizionale alternativa IRE = 0,28 e

acquisto di energia elettrica 0,2 0,3 0,4 IRE tot = 1 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 e = 0,35 t = 050

10 1,00 0,90 0,1 0,80 0-0, ,70-0,2 0,60 Influenza della scelta dei rendimenti di riferimento i sulla valutazione dell IRE 0,2 Sostituzione di un sistema tradizionale di produzione separata di energia elettrica e termica con una centrale cogenerativa 0,3 0,4 e = 0,35 t = 050 0,50 Rendimenti dell impianto cogenerativo t 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 tot = IRE 1 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 e erif e,rif =0,30 t,rif =0,80 Rendimenti del sistema tradizionale da sostituire IRE = 0,44

0,3 0,4 e = 0,35 t = 050 0,50 Rendimenti dell impianto cogenerativo t 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 tot = IRE 1 0,00 0,10 0,20

11 L Indice di Risparmio EConomico nella bolletta energetica per utenze alimentate a gas naturale IREC be = 1 H i 1 C ee t ρ gn e Cgn t, rif H i ρ gn e t Parametri tecnici Potere calorifico inferiore del gas naturale (kj/kg) Densità del gas naturale (kg/smc) Rendimento elettrico Rendimento termico t,rif Rendimento termico di riferimento C ee C ng Parametri economici Costo dell energia elettrica ( /kwh) Costo del gas naturale ( /Smc)

naturale (kj/kg) Densità del gas naturale (kg/smc) Rendimento elettrico Rendimento termico t,rif Rendimento

12 Influenza del costo dell energia elettrica e del gas naturale sulla valutazione dell IREC be C ee = 0,16 /kwh C gn = 0,70 /Smc 0,1 1,00 0 0,90-0,1 0,80-0, ,70 0,2 0,3 e = 0,35 t = 050 0,50 Rendimenti dell impianto cogenerativo 0,60 t 0,50 0,4 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 IREC be tot = 1 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 e erif e,rif =0,42 t,rif =0,90 Rendimenti della tecnologia tradizionale alternativa IREC be = 0,23

cogenerativo 0,60 t 0,50 0,4 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 IREC be tot = 1 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70

13 Influenza del costo dell energia elettrica e del gas naturale sulla valutazione dell IREC be C ee = 0,176 /kwh (+10%) C gn = 0,70 /Smc t 0,1 1,00 0 0,90 0,2-0,1 0,80-0,2 0, ,70 0,60 0,4 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 IREC be tot = 1 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 e e = 0,35 t = 050 0,50 erif e,rif =0,42 t,rif =0,90 Rendimenti dell impianto cogenerativo Rendimenti della tecnologia tradizionale alternativa IREC be = 0,28

IREC be tot = 1 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 e e = 0,35 t = 050 0,50 erif e,rif =0,42

14 Influenza del costo dell energia elettrica e del gas naturale sulla valutazione dell IREC be C ee = 0,16 /kwh C gn = 0,77 /Smc (+10%) 0,1 1,00 0 0,90-0,1 0,80-0, ,70 0,60 0,2 0,3 e = 0,35 t = 050 0,50 Rendimenti dell impianto cogenerativo t 0,50 0,40 0,4 0,30 0,20 0,10 0,00 IREC be tot = 1 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 e erif e,rif =0,42 t,rif =0,90 Rendimenti della tecnologia tradizionale alternativa IREC be = 0,19

impianto cogenerativo t 0,50 0,40 0,4 0,30 0,20 0,10 0,00 IREC be tot = 1 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60

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